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机器人技术汇集了当今世界在计算机、机电、材料、传感器、控制技术等多个学科领域的尖端技术,尤其是类人形机器人,因其具有类人的外形和步行方式及其广泛的社会应用前景和多学科的融合特点,成为机器人研究的热门领域。它所具有的优势越来越受到世界各国普遍关注和重视,日益成为各国的战略必争装备和竞争前沿核心技术。本文在云南省自然科学基金(2004F0010M)资助课题《多机器人二维协调控制系统理论及应用技术研究》和云南大学重点项目(20032009B)资助课题《智能机器人临场交互系统的理论及应用研究》的支持下,围绕类人形机器人控制器的控制模式,控制结构等方面进行了研究。
机器人是软件和硬件混合体,作为其核心的控制系统,在机器人中具有重要的地位。本文针对类人形机器人控制系统的设计,研究了其硬件电路设计、软件程序设计和关键算法。
在分析了机器人性能要求的基础上,提出了基于上下位机的控制结构,通过串行通信方式传输数据和实时调试,尽可能实现机器人动作流畅自然。无线通信模块的应用,实现了机器人的遥控,同时也使多机器人协同工作成为可能。
硬件设计过程中,以提高集成度与可靠性、减小体积与系统功耗、提高性价比为设计原则,将各部分电路按照功能模块划分。利用无线通信模块PTR2000,实现机器人之间的远程通信;通过TWI总线扩展存储器,满足存放大量动作数据的要求;USB接口控制软件下载方式,使得机器人控制软件的升级极为方便。
软件设计过程中,采用模块化的设计方法。通过将机器人控制程序划分为生物逻辑、机械逻辑和电气逻辑阶段,使得程序更为紧凑及便于大规模的程序扩展。在上位机上设计了友好的人机界面,以方便用户设置控制参数和指令,实现动作的可视化编辑。以提高系统的抗干扰能力和通信效率为原则,重点讨论了无线通信模块的选择和通信协议的制定,制定了合理的通信协议。